Plan de Estudios: Abastecimiento de Agua y Alcantarillado - UCE

UNIVERSIDAD
CENTRAL DEL
ECUADOR
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
ING. CARLOS ENRÍQUEZ PINOS MSc.
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PLAN DE ESTUDIOS
UNIDAD 1.- GENERALIDADES
• 1.1. Presentación de Planificación y Syllabus de la materia
• 1.2. Tipología y Fases de un Proyecto
• 1.6. Métodos de Estimación de la Población Futura
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• 1.5. Periodo de diseño, vida útil, parámetros iniciales de diseño
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PLAN DE ESTUDIOS
UNIDAD 2.- SISTEMAS DE AGUA POTABLE
• 2.1. COMPONENTES DE UN SAP, NORMATIVA
• 2.2. CRITERIOS BÁSICOS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA
POTABLE
• 2.4. CAPTACIONES
• 2.5. CONDUCCIONES A GRAVEDAD Y PRESIÓN
• 2.6. ALMACENAMIENTO O RESERVA
• 2.7. REDES DE DISTRIBUCIÓN
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• 2.3. CAUDALES Y VOLÚMENES DE DISEÑO
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PLAN DE ESTUDIOS
UNIDAD 3.- SISTEMAS DE ALCANTARILLADO
• 3.1. COMPONENTES DE UN SISTEMA DE ALCANTARILLADO,
NORMATIVA
• 3.2. CRITERIOS BÁSICOS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE
• 3.3. ALCANTARILLADO SANITARIO
• 3.4. ALCANTARILLADO PLUVIAL
• 3.5. ALCANTARILLADO COMBINADO
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ALCANTARILLADO
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UNIDAD 1. GENERALIDADES
• INTRODUCCIÓN
En la antigüedad los poblados no necesitaban de obras de ingeniería para
hacer uso del agua, puesto que cazadores y nómadas acampaban cerca de
fuentes naturales de agua fresca y las poblaciones estaban tan distantes unas
de otras que la contaminación del agua no parecía ser un problema
importante.
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El agua como componente principal de la materia viva y elemento
indispensable para el bienestar social y desarrollo económico de un país, es un
recurso limitado que debe ser cuidado y aprovechado de manera racional.
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… INTRODUCCIÓN
• Los romanos fueron los primeros en construir una extensa red de acueductos
que traían agua de regiones montañosas a los valles donde se encontraban
emplazadas las aldeas y ciudades.
• Con el invento del equipo de bombeo se propició la posibilidad del desarrollo
de sistemas de agua con suministro desde regiones alejadas de las ciudades.
mediados del siglo XVI con el hierro fundido en primera instancia, teniendo
éste gran éxito debido a su bajo costo de producción.
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• Para el abastecimiento de agua por medio de tuberías se experimento a
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TIPOLOGÍA Y FASES DE UN
PROYECTO
La ejecución de un proyecto de agua potable o de eliminación de aguas
residuales para una localidad o zona a servirse, se realizará siguiendo un
procedimiento previamente establecido por la entidad responsable
En general se considerarán las siguientes etapas en la ejecución de un
proyecto:
• b) Factibilidad.
• c) Proyecto definitivo.
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• a) Pre factibilidad.
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• El estudio de pre factibilidad se hará con la suficiente aproximación técnica y
económica para determinar los costos de ejecución, operación y mantenimiento
de cada alternativa, a base de los cuales se puede seleccionar la alternativa
más conveniente.
• El estudio de factibilidad deberá confirmar las decisiones tomadas en el estudio
• El proyecto definitivo incluirá todos los detalles de las diferentes partes de la
obra para permitir su construcción y operación. Estos detalles constarán en la
memoria técnica descriptiva, memoria de cálculo, manual de operación y
mantenimiento, planos constructivos, especificaciones de construcción,
documentos de licitación.
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de pre factibilidad, complementándose con un análisis más profundo de los
factores técnicos, económicos, financieros, institucionales, jurídicos, sociales y
otros factores relevantes, para definir y formular la alternativa más
conveniente de un proyecto de agua potable
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Estudio de pre factibilidad. Conjunto de datos y estudios preliminares necesarios para el
planteamiento y comparación de alternativas técnicamente viables para la provisión de agua
potable y alcantarillado.
•
Estudio de factibilidad. Análisis realizado para confirmar las decisiones tomadas en un
estudio de pre factibilidad y establecer que la alternativa seleccionada puede ejecutarse,
tanto desde el punto de vista técnico como del financiero.
•
Proyecto definitivo. Conjunto de trabajos que incluye diseños, presupuestos, memoria
técnica, lista de materiales y especificaciones técnicas, documentos de licitación y
programación de trabajos para la ejecución de una obra y para permitir su operación y
mantenimiento.
•
Prediseño. Dimensionamiento preliminar de los componentes de un sistema.
•
Datos preliminares. Información recogida con carácter provisional para la ejecución de
estudios de pre factibilidad.
•
Alternativas. Diversas posibilidades técnicas para realizar un proyecto de abastecimiento
de agua potable.
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•
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PREFACTIBILIDAD.
• Descripción resumida de aspectos históricos, sociales, culturales, políticos y administrativos
de la localidad o zona en estudio; centros educacionales, hospitalarios, industriales, etc.
• Descripción de la geografía, topografía, características y comportamiento del suelo, clima y
posible actividad sísmica de la zona. Recolección de datos hidrológicos y pluviométricos
existentes.
con ubicación de las poblaciones vecinas, accidentes geográficos importantes y vías de
comunicación. Recolección de datos sobre empresas de transporte de pasajeros y carga;
tarifas vigentes.
• Descripción de aspectos urbanísticos, características locales que puedan interesar para el
abastecimiento de agua o evacuación de los desagües, zonas de desarrollo, áreas comerciales
e industriales, vías de tránsito y tipos de pavimentos y veredas. Recopilación de planes de
obras públicas nacionales, provinciales o municipales que puedan interesar al proyecto;
planos topográficos, cartas y levantamientos aerofotogramétricos existentes.
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• Descripción de medios de comunicación existentes y presentación, en un plano, de la región
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• Ejecución de estudios de pre factibilidad:
Bases de diseño. Incluyen los siguientes parámetros:
a) Áreas a servir
c) Estudio de la población
d) Población de diseño
e) Dotación de agua potable o caudal unitario de producción de aguas servidas
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b) Período de diseño
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• ESTUDIOS DE FACTIBILIDAD.
Trabajos de campo:
• Levantamiento topográfico preliminar; ubicación y nivelación de accidentes
• Estudios de suelos en lugares donde se emplazarán estructuras importantes.
Datos sobre agresividad de los suelos. Localización del nivel freático.
• Estudio de permeabilidad, donde así se requiera.
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topográficos importantes de la localidad o zonas a servir.
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•
a) Resumen de las características de la comunidad y de los sistemas existentes.
•
b) Planos detallados de los sistemas existentes.
•
c) Resultados de los diseños preliminares.
•
d) Descripción ampliada de las alternativas estudiadas y sus partes constitutivas.
•
e) Resumen del presupuesto de las diferentes partes del sistema en cada una de las alternativas. Comparación de los
costos anuales equivalentes o del valor presente total de cada alternativa.
•
f) Justificación técnica de la alternativa seleccionada.
•
g) Recomendaciones y conclusiones.
•
h) Presentación de la factibilidad económica financiera para recuperación del capital de la alternativa seleccionada.
•
i) Planos: cortes y plantas de las diferentes partes constitutivas de los sistemas considerados.
•
j) Anexos (copias de los borradores de cálculo, en caso de ser requeridos; libretas de campo; estudio de suelos, etc.)
•
k) Memoria para ejecutivos.
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La memoria del estudio de factibilidad comprenderá en general, los siguientes puntos:
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Distribución de agua en la tierra
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PARÁMETROS DE DISEÑO PERIODO DE DISEÑO
• Los
sistemas de abastecimiento de agua potable deben garantizar la
rentabilidad de todas las obras del sistema durante el período de diseño
escogido.
• Se debe estudiar la posibilidad de construcción por etapas de las obras de
• En
general se considera que las obras de fácil ampliación deben tener
períodos de diseño más cortos, mientras que las obras de gran envergadura o
aquellas que sean de difícil ampliación, deben tener períodos de diseño más
largos.
• Como mínimo, los sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales
deben proyectarse para un período de 30 años
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conducción, redes y estructuras; así como también prever el posible
desarrollo del sistema y sus obras principales, por sobre la productividad
inicialmente estimada.
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PERIODO DE DISEÑO
• Si el período de un proyecto es corto, inicialmente el sistema requerirá una
inversión menor, pero luego exigirá inversiones sucesivas de acuerdo con el
crecimiento de la población. Por otro lado, la ejecución de un proyecto con un
período de diseño mayor requerirá mayor inversión inicial, pero luego no
necesitará de nuevas inversiones por un buen tiempo.
muchos años debajo del caudal de diseño, por lo cual las velocidades serán
menores a las previstas y el desempeño del sistema será menor al esperado.
• En
proyectos de alcantarillado en el medio rural se recomienda asumir
periodos de diseño relativamente cortos, del orden de 20 años, considerando
la construcción por etapas, con el fin que se reduzca al mínimo y se puedan
ajustar los posibles errores en las estimaciones de crecimiento de población y
su consumo de agua.
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• Además, con periodos de diseño largos, el flujo en las alcantarillas estará por
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PERIODO DE DISEÑO
• Otro criterio que podría considerarse, es el que relaciona el periodo de diseño
con el tamaño de la población del proyecto, tal como se muestra a
continuación:
• Localidades de 1 000 a 15 000 habitantes : l0 a 15 años.
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• Localidades de 15 000 a 50 000 habitantes : 15 a 20 años.
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CONCEPTOS IMPORTANTES
• PERIODO
DE DISEÑO. Es el tiempo que se supone la obra estará
trabajando al 100% de su capacidad. El periodo de diseño, está ligado a los
aspectos económicos, por lo que no se deben desatender los aspectos
financieros. Esto tiene como consecuencia que el ingeniero, trate de diseñar
las obras modularmente para que la construcción de los sistemas se vaya
realizando conforme se requiera
en servicio al 100% sin que tengan unas erogaciones de operación y
mantenimiento elevadas. El tiempo está determinado por la duración de los
materiales de que estén hechos los componentes de la obra.
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• VIDA ÚTIL. La “vida útil” se considera al tiempo en que las obras estarán
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… PERIODO DE DISEÑO
• VIDA ÚTIL
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POBLACIÓN DE DISEÑO
• La
población de proyecto, también denominada “población futura”, es la
cantidad de habitantes que se pretende tengan servicio al terminar el
periodo económico de diseño del proyecto del sistema de agua y
alcantarillado que se va a realizar.
• Las proyecciones de la demanda por estos servicios, son un punto clave y
• Existen
varios métodos por medio de los cuales se puede calcular la
población de proyecto, siendo algunos de ellos, Método Gráfico, Aritmético,
Geométrico, de Incrementos Diferenciales, Malthus, Crecimiento por
Comparación, Ajuste por Mínimos Cuadrados
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crucial en la elaboración del estudio de factibilidad, por lo que merecen una
gran atención.
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… POBLACIÓN DE DISEÑO
• POBLACIÓN
ACTUAL. Considerando la información sobre las zonas
habitacionales, es necesario definir la población actual correspondiente. Este
dato se puede obtener mediante la revisión de los tres últimos censos
elaborados por el Instituto Nacional de Estadística y Censos (INEC),
realizando el cálculo conveniente o efectuando directamente un censo a la
localidad en cuestión.
DE PROYECTO. La “población de proyecto”, también
conocida como “población futura” se definirá basándose en el crecimiento
histórico de la localidad y los años a los que se proyectará irán de acuerdo
con el tipo de población, considerando lo siguiente:
✓ Población Rural hasta 2500 habitantes (se proyectará a 8 o 10 años).
✓ Población Urbana mayor a 2500 habitantes (se proyectará a 15 o 20 años).
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• POBLACIÓN
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… POBLACIÓN DE DISEÑO
• Para
el cálculo de la población futura se harán las proyecciones de
crecimiento utilizando por lo menos tres métodos conocidos (proyección
aritmética, geométrica, incrementos diferenciales, comparativo, etc.) que
permitan establecer comparaciones que orienten el criterio del proyectista.
población futura se escogerá finalmente tomando en consideración,
aspectos económicos, geopolíticos y sociales que influyan en los movimientos
demográficos.
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• La
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… POBLACIÓN DE DISEÑO
• MÉTODO ARITMÉTICO
Este método supone que el crecimiento poblacional es constante y por lo cual
se debe obtener el promedio anual en años anteriores y aplicarlo para obtener
la población futura.
Donde:
Pf = Población futura
Pa = Población actual
r = Rata de crecimiento
n = Número de años o periodo de diseño
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𝑃𝑓 = 𝑃𝑎 ∗ 1 + 𝑟 ∗ 𝑛
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… POBLACIÓN DE DISEÑO
𝑟=
𝑃𝑎 − 𝑃𝑝
𝑛
𝑃𝑓 = 𝑃𝑎 + 𝑟 ∗ 𝑁
• N = Diferencia de tiempo en años entre Pf y Pp
• n = Diferencia de tiempo en años entre Pa y Pp
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• Pp = Población pasada
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… POBLACIÓN DE DISEÑO
• EJERCICIO.
El periodo de diseño será de 10 años; definir la rata de crecimiento para los
datos censales propuestos
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Calcular la población futura por el método aritmético para la población de
Puéllaro, cuyos datos censales son los siguientes:
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… POBLACIÓN DE DISEÑO
• MÉTODO GEOMÉTRICO POR PORCENTAJES
El incremento poblacional se obtiene restándole a la población actual la
población anterior.
Donde:
Pa = Población actual
Pi = Población anterior
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𝐼 = 𝑃𝑎 − 𝑃𝑖
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… POBLACIÓN DE DISEÑO
• La obtención del porcentaje (%) del incremento se calcula considerando lo
siguiente:
Con la sumatoria de los incrementos se obtiene el incremento promedio anual
σ % 𝑖𝑛𝑐𝑟𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
𝑟=
𝑁
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𝐼 ∗ 100
𝑃𝑖
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… POBLACIÓN DE DISEÑO
• La población futura será:
𝑃𝑓 = 𝑃𝑎 + 𝑃𝑎
𝑟
∗𝑛
100
Con los datos censales anteriores, calcular la población futura por el método
geométrico con porcentajes para 10 años, definiendo la rata de crecimiento
respectiva.
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EJERCICIO
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… POBLACIÓN DE DISEÑO
• MÉTODO GEOMÉTRICO
Este método supone un incremento constante pero no en forma absoluta sino
en porcentajes, por lo cual se calcula una cifra promedio y se aplica a los años
futuros.
Log (1 + r) Es el promedio de la diferencia de logaritmos de las poblaciones
futura y actual por decenio.
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𝒍𝒐𝒈𝑷𝒇 = 𝒍𝒐𝒈𝑷𝒂 + 𝒏𝒍𝒐𝒈(𝟏 + 𝒓)
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… POBLACIÓN DE DISEÑO
• EJERCICIO
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Calcular la población futura, para los datos censales adjuntos:
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MÉTODO DE MALTHUS
• La formula correspondiente es :
Pf = Pa (1 + Δ )x
Donde:
• Pa = Población actual (último censo).
• Δ = Es el incremento medio anual.
• x=
fije.
numero de periodos decenales a partir del periodo económico que se
El incremento medio (Δ) se obtendrá dividiendo el incremento decenal entre el
número de veces que se restaron. ( Δpromedio = Σ Δ/ N°. de veces).
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• Pf = Población futura.
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MÉTODO DE MALTHUS
• EJERCICIO
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Calcular la población futura, para los datos censales adjuntos:
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MÉTODO DE INCREMENTOS
DIFERENCIALES
• En este método se calcula para los años conocidos el incremento decenal
promedio y el incremento de los incrementos decenales promedio. Ambos
promedios se aplican al periodo siguiente inmediato al último censo y este
será el incremento decenal correspondiente para el siguiente periodo.
• EJERCICIO
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Calcular la población futura, para los datos censales adjuntos:
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MÉTODO DE LOS MÍNIMOS
CUADRADOS
• Para calcular el valor de la población para un año determinado, utilizamos la
siguiente ecuación:
• 𝑃 =𝑎+𝑏∗𝑡
• 𝑏=
σ 𝑃𝑖 −𝑎∗σ 𝑡𝑖
𝑁
𝑁∗σ 𝑡𝑖 ∗𝑃𝑖 − σ 𝑡𝑖 ∗σ 𝑃𝑖
𝑁∗σ 𝑡𝑖2 − σ 𝑡𝑖 2
• EJERCICIO
Calcular la población futura, para los datos censales adjuntos:
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• 𝑎=
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MÉTODO MIXTO
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MÉTODO MIXTO
• EJERCICIO
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Calcular la población futura, para los datos censales adjuntos:
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MÉTODO DE ZONIFICACIÓN Y
DENSIDADES
• Este método consiste en tomar una zona poblada
representativa de acuerdo
con el uso y tenencia del terreno para calcular la población asentada con su
superficie respectiva, obteniéndose una densidad bruta al dividir la
población
actual entre la superficie bruta y aplicar este coeficiente
posteriormente a superficies futuras por servir.
muy importante para la aplicación de este método disponer de un
levantamiento catastral y predial complementado con un plano regulador
que indique limitación de las zonas de desarrollo.
• Para conocer la población futura o de proyecto para un fraccionamiento se
recomienda aplicar el método de áreas y densidades exclusivamente.
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• Es
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MÉTODO DE ZONIFICACIÓN Y
DENSIDADES
• Esta íntimamente ligado con el área futura de expansión, que es lo que
importa en un diseño
• Se basa en la suposición que en una ciudad se pueda controlar la población
en un área establecida
método aplica la EPMAPS y comprende áreas residenciales, áreas
industriales y áreas comerciales
• Es recomendable porque permite una distribución espacial de la población
por unidad de área
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• Este
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MÉTODO DE ZONIFICACIÓN Y
DENSIDADES
• EJERCICIO
Determinar la población futura de los barrios San Juan Alto y Bajo en
Cumbayá. Se tiene de datos lo siguiente:
Área SJA = 51,64 Ha
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Área SJB = 67,81 Ha
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Definiciones importantes
• POBLACIÓN SERVIDA
Corresponde al número de habitantes que son servidos por un sistema de agua
potable, recolección y evacuación de aguas residuales
Es el número de habitantes que frecuenta en determinadas épocas el área
comprendida por el proyecto, que es significativa para el dimensionamiento de
un Proyecto de Agua Potable
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• POBLACIÓN FLOTANTE
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